Гидравлика, пневмо - и гидропривод (стр. 3 )

и отвечающее ей значение кинематической вязкости .

4.5. Определяют число Рейнольдса

4.6. Полученные значения и Rе нанести на график в полулогарифмических координатах -lgRе. Для сопоставлений полученные опытные точки нанести на график Мурина.

4.7. Вычислить эквивалентную шероховатость исследуемой трубы. Для этого опытное значение в квадратичной области сопротивления подставить в формулу Никурадзе

из которой вычисляют .

5. Контрольные вопросы.

5.1. Почему формула Дарси называется универсальной?

5.2. От чего зависит коэффициент Дарси?

5.3. Что такое абсолютная и относительная шероховатость?

5.4. Что произойдет с потерями напора между сечениями, где установлены пьезометры, если: а) расстояние между ними увеличится (уменьшится); б) диаметр трубы между ними увеличится (уменьшится); в) вентиль откроем больше (прикроем)? Что произойдет с расходом жидкости при тех же условиях?

РАБОТА 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

1.Цель работы. Определение опытным путём коэффициентов различных

местных сопротивлений и сравнение их со справочными данными.

2.Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка (рис. 11) состоит из напорного резервуара 1, снабжённого сливной линией 2, напорного трубопровода 3 с регулировочным вентилем 4 на его конце и мерного резервуара 5, снабжённого водомерным стеклом и сливным краном 6.

По длине напорного трубопровода 3 имеются различные местные сопротивления (обратный клапан, кран, внезапное расширение и сужение трубы и др.). До каждого местного сопротивления и после него установлены пьезометры, смонтированные на общем щите, снабженном шкалой. Подача воды в напорный резервуар осуществляется насосом и регулируется вентилем (см. работу 8).

3. Порядок выполнения работы.

3.1 .Измерить диаметры участков трубопровода и температуру воды.

3.2.Включить насос и при помощи вентиля 4 установить определенный

режим движения воды по напорному трубопроводу.

3.3.Снять показания всех пьезометрических трубок.

3.4.Закрыть вентиль 6 и секундомером определить продолжительность

наполнения определенного объема мерного резервуара 5.

3.5.Открыть вентиль 6, с помощью вентиля 4 установить новый режим

движения и повторить измерения. Результаты измерений занести в

протокол наблюдений (приложение 9).

4. Обработка опытных данных.

4.1.Определить объемный расход воды по формуле

4.2.Вычислнть средние скорости до каждого местного сопротивления и после него

.

4.3.Определить потери напора в каждом местном сопротивлении: в обратном клапане, пробковом кране, при повороте как разность показаний пьезометров, а при внезапном расширении и сужении потока как сумму разностей показаний пьезометров и скоростных напоров, т. е.

.

4.4.Определить коэффициенты местных сопротивлений по формуле

.

4.5. Вычислить число Рейнольдса

для чего предварительно определить среднюю температуру воды за время опыта и отвечающую ей кинематическую вязкость воды.

4.6.Полученные в результате исследования значения коэффициента

местного сопротивления при внезапном расширении потока сопоставить его с теоретическим значением

а остальные коэффициенты - с соответствующими справочными данными

5. Контрольные вопросы.

5.1. Что такое местное сопротивление?

5.2. Чем объясняются потери напора в местных сопротивлениях?

5.3. От каких факторов зависит коэффициент местного сопротивления?

5.4. Почему при закрытом вентиле уровни жидкости во всех пьезометрах одинаковы и равны уровню жидкости в напорном баке, а при открытом вентиле эти уровни понижаются?

РАБОТА 10

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ И РАСХОДА

ЖИДКОСТИ В КРУГЛОЙ ТРУБЕ

1. Цель работы. Измерение осредненных местных продольных скоростей в нескольких точках скоростной вертикали в круглом трубе трубкой полного напора. Построение эпюры осредненных местных продольных скоростей. Нахождение средней скорости на вертикали.

2. Общие сведения.

Определение осредненных скоростей с помощью трубки полного давления основано на измерении динамического давления ,равного
разности полного р2 и статического р1 давлений в потоке:

Полное давление измеряется трубкой полного напора, представляющей собой изогнутую трубку, один конец которой помещен в поток так, что его нормальный срез проходит через мерную точку и ориентирован перпендикулярно скорости потока; другой конец открыт в атмосферу. В такой трубке жидкость поднимается до высоты h2 (рис. 12) так, что весовое давление уравновешивает избыточное давление р2 в точке торможения у среза трубки. Давление р2 при этом является полным давлением потока в данной точке: .

Статическое давление измеряется трубкой статического напора, представля - ющей собой трубку, нижний нормальный срез которой проходит через мерную точку потока и ориентирован параллельно скорости потока, а верхний срез открыт в атмосферу. Жидкость в трубке статического напора поднимается до высоты при которой весовое давление столбика жидкости уравновесит статическое давление у нижнего среза трубки:

.

Если измеряемый поток имеет прямолинейные линии тока, то по нормалям к линиям тока статический напор не изменяется. При этом положение трубки статического напора не зависит от положения его нижнего среза на выбранной нормали.

По измеренной разности высот жидкости в трубках

вычисляется скорость потока в мерной точке

или

.

Следует иметь в виду, что в точках живого сечения потока, отстоящих от стенок на определенном расстоянии уυ, осредненная местная продольная

скорость u численно равна средней скорости в данном живом сечении:

,

где r - радиус трубы.

3.Описание экспериментальной установки.

Опыты проводятся на лабораторном стенде, аналогичном описанному в предыдущей установке (лаб. работа 8). В круглой трубе 1 (рис.13) установлена трубка полного напора 4, которая закреплена в корпусе 2 и перемещается вертикально по сечению трубы. Перемещение трубки отсчитывается по шкале 5 на корпусе. Для повышения точности установки трубки устройство снабжено нониусом 3. Отбор давления на стенке для измерения пьезометрического напора производится через отверстие в нескольких точках периметра стенки, из которых давление подводится к пьезометру 6.

4.Порядок выполнения работы.

4.1.Выбрать мерные точки (8-10 по радиусу) так, чтобы их расположение вдоль радиуса сгущалось к стенкам.

4.2.Установить требуемый расход и поддерживать его при измерениях постоянным.

4.3.Измерить скоростной напор в каждой мерной точке по диаметру

сечения с одновременной фиксацией результатов расхода жидкости. После каждого перемещения трубки следует делать некоторую выдержку, необходимую для стабилизации показаний прибора. Результаты измерений занести в протокол наблюдений (приложение 10).

5. Обработка опытных данных.

5.1.Подсчитываются разности показаний в трубках , а затем - осредненные

местные продольные скорости в соответствующих точках потока

5.2.По найденным значениям осредненных скоростей u на миллиметровой бумаге строится эпюра скоростей, при этом рекомендуется придерживаться следующих масштабов: для диаметра трубопровода 1:1, для скоростей 1:10

5.3.Определяется средняя скорость течения жидкости методом графического интегрирования по формуле

,

где R - радиус поперечного сечения трубопровода;

ur- осредненная скорость на произвольном радиусе;

r- произвольный радиус. Интеграл

определяется графически, как площадь, ограниченная кривой, построенной

в координатах r и urr, где ur берется из поля скорости в зависимости от r. Если поле скорости симметрично, то построение и вычисление достаточно произвести для одного радиуса - левого или правого.

Для построения интегральной кривой произвольно выбираем масштаб r

(например, в одной клеточке 0,01 м) и urr (например, в одной клетке 0,01 м2/с). Затем из поля скорости определяются соответствующие значения

urr, по которым строят кривую. Подсчитывают количество клеток под левой и правой кривой и среднее значение клеточек под кривой. Значение интеграла вычисляют по выражению

,

где Мr - масштаб по радиусу;

-масштаб по произведению urr;

К - среднее количество клеточек под интегральной кривой.

5.4. Определяется расход жидкости

;

5.5. Определить соотношение между средней и максимальной скоростью. 6. Контрольные вопросы.

6.1. Что такое осредненная местная скорость?

6.2. В чем состоит различие между осредненной местной и средней скоростью?

6.3. Почему при закрытом вентиле на трубе уровни жидкости в измерительных трубках одинаковы?

6.4. Каково соотношение между средней и максимальной скоростями?

РАБОТА 11

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО УСТРОЙСТВА НЕКОТОРЫХ

ТИПОВ НАСОСОВ

1. Цель работы. Ознакомление с конструкцией и принципом действия

наиболее часто применяемых лопастных и объемных насосов. Изучение основных правил эксплуатации лопастной насосной установки.

2. Общие сведения.

Все насосы по принципу действия и конструкции рабочих органов делятся на две основные группы: динамические и объемные.

Динамическими называются такие насосы, в которых жидкость перемещается под силовым воздействием в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса. К этой группе относятся лопастные, вихревые, струйные и другие насосы. В динамических насосах во время работы изменяются энергия давления и кинетическая энергия жидкости.

Объемными называются насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры при попеременном сообщении этой камеры с входом и выходом насоса. В эту группу входят поршневые, плунжерные, шестеренные, винтовые, диафрагмовые, пластинчатые и другие насосы. В объемных насосах во время работы изменяется энергия давления жидкости.

3. Описание насосов, подлежащих изучению.

3.1. Из группы динамических насосов наиболее распространены центробежные насосы. Проточная часть всех лопастных насосов состоит из трех основных элементов (рис.14): подвода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3. Подвод должен обеспечивать равномерное распределение скоростей на входе в колесо. В центробежных насосах консольного типа в качестве подвода используется конфузор 1, обладающий способностью выравнивать поле скоростей и малым гидравлическим сопротивлением. Он является лучшей формой подвода.

Назначением рабочего колеса является передача энергии жидкости. Передача энергии происходит путем динамического воздействия лопаток на поток, приводящего к изменению скоростей частиц жидкости при их протекании через рабочее колесо. Преодолевая силы инерции жидкости, рабочее колесо при своем вращении совершает работу. Для этого к колесу от двигателя подводится механическая энергия. Эта энергия передается жидкости, протекающей через рабочее колесо, увеличивая как кинетическую энергию потока, так и его потенциальную энергию давления.

Рис. 14.

Жидкость, вытекающая из рабочего колеса, собирается в отводе 3. Основной формой отвода является спиральный отвод. Спиральный отвод представляет канал, расположенный по окружности выхода из рабочего колеса, осевые сечения которого увеличиваются, начиная от языка 5, соответственно изменению расхода жидкости в сечениях отвода. Спиральный канал переходит в прямоосный диффузор 4. При прохождении жидкости по отводу и прямоосному диффузору ее скорость уменьшается и кинетическая энергия жидкости превращается в потенциальную энергию давления.

3.2. Пластинчатый насос однократного действия состоит из ротора 1 (рис.15), в пазах которого размещены пластины 2, перемещающиеся радиально и вращающиеся вместе с ротором, и статора 3.

Ось вращения ротора О смещена по отношению к оси симметрии статора О1 на величину эксцентриситета е. В статоре имеются окна 4 и 5, к которым присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. Рабочий объем рассматриваемого насоса равен разности между объемом кольца толщиной 2е, шириной, равной ширине ротора b, и радиусом средней окружности кольца, равным радиусу статора R, и объемом, занимаемым пластинами, т. е.

Рис. 15.

Wp=(2pR-dz)2be,

где d - толщина пластины;

z - количество пластин.

3.3. Шестеренные насосы с внешним зацеплением чаще всего выполняются в виде пары одинаковых шестерен 1 и 2, находящихся в зацеплении и установленных в корпусе 3 с небольшими зазорами (рис. 16)

Рис. 16.

По обе стороны области зацепления в корпусе имеются полости 4 и 5, соединенные со всасывающей и напорной линиями. С торцевых сторон корпус замыкается боковыми дисками. Одна из шестерен является ведущей, а вторая - ведомой. При вращении шестерен во всасывающей полости зубья выходят из зацепления. Увеличение объема впадин между зубьями, которые являются рабочими камерами, обуславливает уменьшение давления во всасывающей полости и заполнение ее жидкостью. Перемещение рабочих камер приводит к замыканию их стенками камеры. Когда рабочие камеры переместятся в полость нагнетания, зубья шестерен входят в зацепление и вытесняют жидкость в напорную линию.

За один оборот шестерен рабочий объем насоса с двумя одинаковыми шестернями в предположении, что объем зубьев равен объему впадин, можно определить как сумму объемов впадин обеих шестерен, что соответствует объему кольца, имеющего наружный диаметр, равный диаметру окружности выступов шестерен толщиной, равной высоте зуба h, и шириной, равной ширине шестерни b. Объем этого кольца можно выразить как произведение длины начальной окружности на площадь сечения этого кольца, т. е.

W=pdhb,

где диаметр начальной окружности d=mz и h=2m (m - модуль зацепления). Тогда

Wp=2pm2zb,

где z - число зубьев шестерен.

Однако, поскольку у шестерен объем впадин между зубьями несколько больше объема самих зубьев, то уточненная формула для определения рабочего объема насоса имеет вид

Wр=7m2zb.

Получаемый таким образом рабочий объем насоса является в известной мере приближенным.

Более точно рабочий объем насоса Wp определяется экспериментально на

Рис.17.

специальном стенде (рис.17).

Для этого ведущую шестерню испытываемого насоса 2 вращают с частотой n =0,3¸ 0,6 об/с, с помощью мерной емкости 4 измеряют объем подаваемой жидкости W из питающего резервуара 1, а также общее количество оборотов шестерни n1.